A reviravolta surpreendente da teoria das cordas: buracos negros podem ser defeitos no espaço-tempo

Por Paul M. Sutter, Universe Today 17 de maio de 2023

Uma equipe de físicos teóricos, usando a teoria das cordas, descobriu uma nova estrutura no espaço-tempo conhecida como “sóliton topológico”. Essas estruturas parecem para observadores externos como buracos negros, mas na realidade são defeitos na estrutura do universo, desprovidos de qualquer matéria ou força.

Os físicos teóricos descobriram uma nova estrutura de espaço-tempo chamada “sóliton topológico”. Assemelhando-se a buracos negros para observadores distantes, essas estruturas são, na verdade, defeitos na estrutura do universo, sem um horizonte de eventos. Esta descoberta poderia potencialmente ajudar a validar a teoria das cordas, embora ainda não tenha sido comprovada.

Uma equipe de físicos teóricos descobriu uma estrutura estranha no espaço-tempo que, para um observador externo, pareceria exatamente como um buraco negro, mas que, após uma inspeção mais detalhada, seria tudo menos isso: seriam defeitos na própria estrutura do universo.

A teoria geral da relatividade de Einstein prevê a existência de buracos negros, formados quando estrelas gigantes colapsam. Mas essa mesma teoria prevê que os seus centros são singularidades, que são pontos de densidade infinita. Como sabemos que densidades infinitas não podem realmente acontecer no universo, tomamos isto como um sinal de que a teoria de Einstein está incompleta. Mas depois de quase um século de busca por extensões, ainda não confirmamos uma teoria da gravidade melhor.

Visão artística de um sistema binário de buraco negro. Crédito: LIGO/Caltech/MIT/Estado de Sonoma (Aurore Simonnet)

Mas temos candidatos, incluindo a teoria das cordas. Na teoria das cordas, todas as partículas do universo são, na verdade, laços de corda microscópicos e vibrantes. Para suportar a grande variedade de partículas e forças que observamos no universo, estas cordas não podem apenas vibrar nas nossas três dimensões espaciais. Em vez disso, tem de haver dimensões espaciais adicionais que se enrolam sobre si mesmas em variedades tão pequenas que escapam à observação e à experimentação quotidianas.

Essa estrutura exótica no espaço-tempo deu a uma equipe de pesquisadores as ferramentas necessárias para identificar uma nova classe de objeto, algo que eles chamam de sóliton topológico. Na sua análise, descobriram que estes sólitons topológicos são defeitos estáveis ​​no próprio espaço-tempo. Eles não necessitam de matéria ou de outras forças para existir – eles são tão naturais para a estrutura do espaço-tempo quanto rachaduras no gelo.

Os pesquisadores estudaram esses sólitons examinando o comportamento da luz que passaria perto deles. Por serem objetos de espaço-tempo extremo, eles curvam o espaço e o tempo ao seu redor, o que afeta o caminho da luz. Para um observador distante, esses sólitons apareceriam exatamente como prevemos que os buracos negros aparecerão. Eles teriam sombras, anéis de luz, as obras. Imagens derivadas do Event Horizon Telescope e assinaturas de ondas gravitacionais detectadas se comportariam todas da mesma forma.

It’s only once you got close would you realize that you are not looking at a black holeA black hole is a place in space where the gravitational field is so strong that not even light can escape it. Astronomers classify black holes into three categories by size: miniature, stellar, and supermassive black holes. Miniature black holes could have a mass smaller than our Sun and supermassive black holes could have a mass equivalent to billions of our Sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> buraco negro. Uma das principais características de um buraco negro é o seu horizonte de eventos, uma superfície imaginária da qual, se você a atravessasse, não conseguiria escapar. Os sólitons topológicos, por não serem singularidades, não apresentam horizontes de eventos. Portanto, você poderia, em princípio, ir até um sótão e segurá-lo na mão, presumindo que sobreviveu ao encontro.

Esses sólitons topológicos são objetos incrivelmente hipotéticos, baseados em nossa compreensão da teoria das cordas, que ainda não foi comprovada como uma atualização viável para nossa compreensão da física. No entanto, esses objetos exóticos servem como importantes estudos de teste. Se os investigadores conseguirem descobrir uma diferença observacional importante entre os sólitons topológicos e os buracos negros tradicionais, isso poderá abrir caminho para encontrar uma forma de testar a própria teoria das cordas.